WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Комленок Максим Сергеевич

ЛАЗЕРНАЯ НАНОАБЛЯЦИЯ АМОРФНЫХ И

НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК

01.04.21 – Лазерная физика

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата

физико-математических наук

Москва – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Научный руководитель:

д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН Конов Виталий Иванович.

Официальные оппоненты:

Кузьмин Геннадий Петрович, д.ф.-м.н., профессор, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, заведующий лабораторией резонансных явлений отдела колебаний ИОФ РАН;

Тимошенко Виктор Юрьевич, д.ф.-м.н., профессор, Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, профессор кафедры общей физики и молекулярной электроники.

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики.

Защита состоится 10 июня 2013 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.002.063.03 при ИОФ РАН по адресу 119991, г. Москва, ул. Вавилова, 38, корп. 1, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОФ РАН.

Автореферат разослан мая 2013 г.

Ученый секретарь Воляк Татьяна Борисовна диссертационного совета тел. +7 (499) 503-81-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В последнее время интерес к алмазным материалам бурно растет в связи с возникновением технологий их производства, которые позволяют получать искусственные моно- и поликристаллические алмазы высокого качества и размерами сопоставимыми или даже превосходящими лучшие образцы природных кристаллов. Кристаллиты в поликристаллической алмазной пленке растут в форме колонн с типичным поперечным размером порядка 10-20% от толщины пленки, так что, например, для пленки толщиной 500 мкм характерный размер зерен может составлять 50-100 мкм.




Негативной характеристикой таких пленок является большое значение шероховатости, которое пропорционально толщине и может достигать значений нескольких микрометров. Развитие технологии синтеза искусственного алмаза в виде тонких пленок позволило получить новый вид алмазных покрытий – так называемые ультрананокристаллические алмазные (УНКА) пленки – с алмазными зернами размером несколько нм, на границах которых находится нанокристаллический графит и транс-полиацетилен. Основное отличие УНКА от нанокристаллических (НКА) пленок заключается в том, что благодаря добавлению аргона в газовую смесь при их осаждении размер кристаллитов составляет величину от 2 до 5нм и не зависит от толщины пленки, а в случае НКА пленки – десятки нанометров. В результате УНКА пленки при толщине от 100 нм до 10 мкм обладают низкой шероховатостью (10-50 нм), высокой микротвердостью (80-90 ГПа), достаточной прозрачностью, что важно для их применений, например, в ИК оптике и позволяет избежать сложной и дорогостоящей процедуры полировки пленок.

Весьма перспективными с точки зрения практического применения являются также алмазоподобные (АП) углеродные пленки, получаемые методом вакуумного напыления [1]. Для данной работы наибольший интерес представляли АП пленки с доминирующим количеством sp3 связей. Это так называемые пленки тетраэдрически координированного аморфного углерода (tetrahedrally bonded amorphous carbon – ta-C).

В таких пленках содержание sp3 связей может достигать 80%, а твердость – 80 ГПа [2].

По сравнению с водородсодержащими аморфными углеродными (а-С:Н) пленками износостойкость ta-C пленок значительно выше благодаря высокой твердости и плотности [3], что и обусловливает их широкое применение в качестве защитных, износостойких и низкофрикционных покрытий в различных областях науки и техники.

Высокая твердость и химическая инертность алмазных материалов вызывают значительные сложности при их дальнейшей обработке: резке, сверлении, полировке, микро- и наноструктурировании и пр. В этом случае лазерное излучение выступает в роли единственного эффективного и гибкого инструмента для модификации таких пленок в воздушной атмосфере. Хорошо известно, что с помощью доступных коммерческих лазеров можно локально нагреть и аблировать алмазные материалы путем испарения. Испарительная абляция алмазных материалов сопровождается графитизацией поверхности, что вызывает ограничения в практическом применении: необходимость удаления лазерно-индуцированного графитоподобного материала; разрешение по глубине, определяемое толщиной графитизованного слоя, как показано в [4], не может быть менее 10 нм даже при облучении короткими (фс) импульсами. Преодолеть указанные сложности можно с помощью режима безграфитизационной низкоскоростной абляции (скорость менее 1 нм/имп, вследствие чего он был назван «наноабляцией»), недавно обнаруженного для природного монокристалла алмаза и вызванного окислением поверхности [5]. Ранее травление поверхности, обусловленное лазерноиндуцированным окислением, упоминалось при импульсном [6] и непрерывном [7] лазерных воздействиях на а-С:Н пленки, однако оставалось практически неисследованным. Вместе с тем для ta-C и УНКА пленок такой режим абляции не был известен, хотя именно для этих многообещающих нанокристаллических алмазных материалов актуален прецизионный способ лазерной обработки.





Целью диссертационной работы являлись экспериментальный поиск и исследование таких режимов лазерного облучения, при которых абляция (травление) алмазных материалов (ta-C и УНКА пленок) может происходить со скоростью менее нм/имп и соответственно с высокой точностью. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

сравнительный анализ и исследование процесса абляции алмазных материалов для различных лазерных источников с фемтосекундной и наносекундной длительностью импульса в широком диапазоне плотностей энергии от 0.01 до 500 Дж/см2 с целью установления закономерностей и физических причин лазерно-индуцированного травления;

изучение влияния содержания кислорода в газовой среде (воздух, низкий вакуум) и температуры облучаемого образца на процесс наноабляции алмазных материалов;

проведение анализа структуры лазерно-модифицированного слоя с помощью КР спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии и установление зависимости степени кристаллизации пленок от плотности энергии и числа импульсов;

исследование влияния степени легирования азотом УНКА пленок на пороги и скорости их реактивного травления.

Защищаемые положения 1. Абляция УНКА и ta-C пленок возможна в трех различных режимах в зависимости от условий импульсно-периодического воздействия эксимерного лазера: режим (физический) характеризуется термостимулированным фазовым переходом алмазграфит и последующим испарением графитизированного слоя (скорость абляции нм/импульс); особенностью режима 2 (термохимического) является формирование графитоподобного слоя на поверхности и его импульсное окисление, вызванное лазерным нагревом (0.010.5 нм/импульс); режим 3 предположительно обусловлен фотоиндуцированным ослаблением межатомных связей на поверхности алмазных пленок и последующим окислением слабосвязанных атомов (кластеров) углерода со скоростью 10-410-3 нм/импульс.

2. УНКА-пленки, полученные при добавлении 30%N2 в газовую смесь при осаждении, представляют собой модельный материал для изучения влияния функционального состояния поверхности на скорость их лазерно-индуцированного окисления.

Изменение функционального состояния поверхности УНКА-пленки приводит к отклонению зависимости скорости травления от аррениусовой.

3. При термохимической наноабляции ta-C пленок в течение начальных 10000 импульсов облучения высота графитизованной в первом импульсе области не меняется, при этом вся поглощенная энергия тратится на увеличение размера sp2 кластеров от 0. до 1.3 нм, и окисление не происходит совсем либо незаметно на фоне расширения материала.

Научная новизна Впервые определены режимы импульсного лазерного облучения, позволяющие реализовать наноабляцию (скорости удаления материала менее 1 нм/импульс) ta-C и УНКА пленок.

Установлен механизм наноабляции таких пленок – импульсное окисление (травление) материала, и исследованы ее основные закономерности.

Основные результаты работы, отраженные в выводах к диссертации, имеют приоритетный характер.

Практическая ценность работы Проведенные исследования продемонстрировали возможность применения лазерной абляции для сверхпрецизионного структурирования алмазных материалов с нанометровым разрешением по глубине. Особенностью установленных режимов травления является отсутствие графитизованного слоя после лазерного воздействия, что позволяет избежать дальнейшей обработки.

Личный вклад диссертанта Диссертант лично выполнил экспериментальные исследования по лазерному воздействию на алмазные материалы. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены совместно с соавторами опубликованных работ при непосредственном участии соискателя.

Апробация работы конференциях: IX International Conference “Laser & Laser-Information Technologies:

Fundamental Problems & Applications”, October 3-8, 2006, Smolyan, Bulgaria; 8th International Workshop on Fundamentals of Ablation with Short Pulsed Solid State Lasers, February 7-9, 2007, Hirschegg, Austria; Вторая всероссийская школа по лазерной физике и лазерным технологиям, 2008, Саров, Россия; International Workshop "Nanocarbon Photonics and Optoelectronics", August 3-9, 2008, Polvijrvi, Finland; 3rd International Symposium “Detonation Nanodiamonds: Technology, Properties and Applications” (Nanodiamond’ 2008) July 01-04, 2008, St Petersburg, Russia; 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS'09) July 13-17, 2009, Barcelona, Spain; Международный форум по нанотехнологиям (Rusnanotech'09), 6-8 октября 2009, Москва, Россия; 7th International Seminar on Mathematical Models and Modeling in Laser-Plasma Processes (LPPM3-2010), January 27Russia; 18th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'10), September 11–16, 2010, Netherlands; 19th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'11), September 03–08, 2011, Bulgaria.

Основные результаты опубликованы в 16 работах: 6 статей в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, и 10 тезисов международных конференций. Список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав и списка основных результатов.

Диссертация содержит 105 страниц, включая 37 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 89 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований.

В первой главе представлен обзор алмазных материалов и особенностей лазерного воздействия на них.

В первом параграфе приведены основные сведения об используемых в диссертации алмазных материалах и способах их получения. Так УНКА пленки можно получать в СВЧ плазме [8, 9] и в дуговом разряде [10] в атмосфере Ar/H2/CH4 при достаточно низкой температуре (400оС). Процесс наращивания УНКА пленки сопровождается интенсивной вторичной нуклеацией, что не позволяет разрастаться кристаллитам алмаза, сохраняя их нанометровые размеры даже при значительных (единицы и десятки мкм) толщинах пленки, что отличает их от НКА пленок [8]. Свойства УНКА пленок существенно зависят от условий их получения - добавление азота в смесь во время осаждения вызывает значительные изменения в оптическом поглощении, проводимости и структуре пленок. Другой представитель семейства алмазных материалов, исследуемый в диссертации - безводородные алмазподобные (АП) пленки, полученные лазерно-дуговым методом [11]. Содержание sp3 связей в таких пленках может достигать 80%, поэтому по своим свойствам (плотность ~ 3 г/см3, удельное сопротивление ~ Ом•см, ширина запрещенной зоны E04 ~ 2эВ) они существенно ближе к алмазу по сравнению с обычными АП пленками.

Второй параграф посвящен лазерноиндуцированной графитизации алмаза и АП пленок. Рассмотрено изменение оптических свойств при графитизации алмаза. Изучены данные по зависимости толщины образовавшегося в результате лазерного воздействия графитового слоя от длительности импульса в случае облучения алмаза и АП пленок.

В третьем параграфе обсуждаются известные на данный момент механизмы лазерной абляции алмаза и АП пленок. В случае алмаза реализуются 2 механизма абляции – испарительный [12] и фотохимический [5]. Лазерное травление a-C пленок возможно только в режиме испарительной абляции, в то время как для a-C:H пленок в зависимости от условий облучения реализуются либо испарительный и термохимический [6], либо еще и откольный [13].

В четвертом параграфе обсуждаются статьи по лазерному воздействию на ta-C и УНКА пленки. На данный момент существует две статьи по лазерному воздействию на ta-C пленки [14, 15]. В первой работе рассматриваются пороги графитизации и отслоения тонких ta-C пленок (толщиной 46 и 47 нм, с различным содержанием sp3 фазы) при облучении 3-й гармоникой Nd:YAG лазера ( = 355 нм, = 10 нс). Авторами отмечается, что отслоение пленок вызвано расплавлением или даже кипением кремниевой подложки, на которую были нанесены указанные выше пленки. Во второй статье обсуждается создание периодических структур с помощью такого же лазера на поверхности ta-C пленок с целью улучшения их фрикционных свойств. Трибологические тесты показали, что трение обработанной зоны может быть уменьшено на 30% по сравнению с исходной поверхностью. Кроме того, были определены пороги графитизации и абляции пленок, скорости абляции при этом не указываются.

Что касается УНКА пленок, то их лазерная абляция также ранее не исследовалась. На текущий момент имеется всего 3 работы [16-18], в которых рассматривалось лазерное воздействие на НКА пленки. Две [17, 18] из них посвящены исследованию фотолюминесценции мембран на основе НКА пленок, возбужденной второй гармоникой фемтосекундного Ti:Al2O3 лазера ( = 405 нм, = 70 фс). В третьей работе [16] исследовались изменения в структуре поверхности НКА пленок различной толщины (0.33 мкм и 1.01 мкм) после воздействия эксимерного (XeF, = 351 нм, = 25 нс) лазера.

Во второй главе описаны условия, при которых проводились эксперименты, приведены схемы облучения образцов, методы диагностики и анализа лазерноиндуцированных изменений поверхности образцов, используемых в работе. В экспериментах применялись эксимерный лазер, работающий на различных газовых смесях: KrF ( = 248 нм) и ArF ( = 193 нм) с длительностью импульса = 20 нс и Ti:Al2O3 – лазер ( = 800 нм, = 120 фс). Результаты лазерного воздействия анализировались с помощью растрового электронного, атомно-силового, оптического и интерференционного микроскопов и спектроскопии КР.

Третья глава посвящена экспериментальным результатам по лазерной абляции ta-C пленок.

В первом параграфе оценивается толщина графитизованного слоя в результате лазерного воздействия на ta-C пленку. Известно, что характерной особенностью лазерного воздействия на АП пленку является локальная графитизация поверхности в пятне облучения [19]. Из-за разных значений плотностей графита и АП пленки (пл = 2.9 гсм-3, гр = 2.0 гсм-3) происходит подъем уровня поверхности. По величине этого подъема можно вычислить толщину графитизованного слоя, исходя из закона сохранения масс:

dгр = пл·hп/(плгр), где dгр – толщина графитизированного слоя, hп – высота подъема графитизованной области относительно первоначального уровня поверхности пленки.

Максимальные значения высоты подъема составили 140 и 390 нм для пленок толщиной 1 и 2 мкм соответственно, что можно объяснить различными свойствами пленок (коэффициентом оптического поглощения, температуропроводностью и плотностью).

Максимальная толщина графитизованного слоя, посчитанная согласно указанной выше формуле через высоту подъема, составляет примерно 1300 нм для пленки толщиной 2 мкм. Вычитая из полученных значений толщины графитизованного слоя значения высоты подъема, получим максимальную глубину l1 и l2, на которую прогрелись пленки в результате лазерного воздействия до температуры графитизации: l1 = 310 нм и l2 = 870 нм для пленок толщиной 1 и 2 мкм соответственно. Хорошо известно, что глубина l проникновения теплового лазерного воздействия определяется формулой l = max{la, lb}, где la = -1 ( – коэффициент оптического поглощения образца), lb = (·)1/2 – глубина диффузии тепла ( – коэффициент температуропроводности). В случае облучения ta-C пленок эксимерным лазером значение оптического поглощения на длине волны = 248 нм составляет величину ~ 5·104 см-1 [20]. Значение теплопроводности для используемых в эксперименте пленок не было известно и из литературы было взято среднее значение 2.8 Вт/м·К [21]. Полученные данные позволили рассчитать значение температуропроводности пленки ~ 0.01 см2/с (при значениях плотности = 2.9 г/см3 и теплоемкости с = 0.9 Дж/г·К [21]). При длительности импульса = 20нс значение глубины диффузии тепла составило lb = (·)1/2 ~ 140 нм. Сравнивая значения la и lb, получим почти равные величины 200 нм и 140 нм, что соответствует по порядку максимально полученным в эксперименте l1 = 310 нм и l2 = 870 нм для пленок толщиной 1 и 2 мкм. Разница между значениями l1 и l2 может быть объяснена влиянием стальной подложки на отвод тепла из области воздействия.

Во втором параграфе исследовано одноимпульсное лазерное воздействие на ta-C пленки и впервые выявлено, что высота подъема графитизованного слоя зависит от плотности энергии. Из зависимости высоты подъема этого слоя от плотности энергии при облучении эксимерным лазером, представленной на рис. видно, что с пленками не происходит Рис. 1. Зависимость высоты подъема графитизаметных изменений вплоть до значе- зованного слоя / глубины кратера от плотнония плотности энергии 0,16 Дж/см2 – сти энергии при одноимпульсном облучении порогового значения графитизации, при котором происходит вспухание поверхности. Высота подъема поверхности растет с увеличением энергии импульса и достигает своего максимального значения 400 нм при плотности энергии 0,8 Дж/см2. При дальнейшем увеличении энергии импульса высота подъема уменьшается вплоть до нулевого значения при плотности энергии 11 Дж/см2. Связано это с тем, что модификация поверхности включает в себя 2 конкурирующих с точки зрения изменения высоты подъема процесса:

расширение (графитизацию) и испарение материала. При плотностях энергии ниже 0,8 Дж/см2 доминирует процесс графитизации, а выше данного значения – испарение графитизованного слоя. При плотности энергии свыше 11 Дж/см2 величина удаленного слоя за импульс становится настолько большой, что происходит образование кратера уже в течение первого импульса. Анализируя результаты одноимпульсного лазерного воздействия на ta-C пленку, представленные на рис. 1, можно определить пороги графитизации и испарения пленок, которые составляют значения fг = 0,16 Дж/см2 и fи = 0,8 Дж/см2 соответственно. Исходя из тепловой модели лазерного воздействия и значения температуры испарения графита Tи 4000оС, была определена пороговая температура графитизации ta-C пленок: Tг = fг/fи·Tи = 0,2·4000 800оС. Оценочное значение хорошо коррелирует с литературными данными [22], полученными при температурном отжиге, несмотря на то что определение порога графитизации является нетривиальной задачей и сильно зависит от метода исследования и выбранного критерия.

При лазерном воздействии импульсом фс длительности ( = 800 нм, = 120 фс) была получена аналогичная зависимость высоты подъема графитизованного слоя от плотности энергии, из которой так же были определены пороговые значения графитизации и абляции: fг = 0,4 Дж/см2 и fи = 4,3 Дж/см2. Эти значения порогов превысили аналогичные результаты для эксимерного лазера, что объясняется прозрачностью ta-C пленок на длине волны 800 нм. Поэтому для инициирования поглощения необходимо рождение отдельных дефектов. Когда их концентрация достигает критической величины, происходит графитизация пленки.

В третьем параграфе исследовано лазерное воздействие на ta-C пленки при многоимпульсном облучении и обнаружены 3 режима абляции. На рис. 2 показана зависимость скорости абляции ta-C пленок от плотности энергии при облучении лазерными импульсами фс и нс длительности. Можно выделить 3 диапазона скоростей травления пленок. При этом пороговые значения плотности энергии для режимов №1 и №2 многоимпульсной абляции совпадают со значениями, полученными для определения порогов графитизации и испарения при одноимпульсном облучении эксимерным лазером. Основываясь на результатах одноимпульсного облучения, можно утверждать, что при многоимпульсном облучении пленок с различной плотностью энергии, реализуются следующие механизмы абляции:

- режим №1, 10 нм/имп.

Физический механизм абляции, характеризующийся графитизацией поверхности, вызванной лазерным нагревом, и последующим испарением графитизованного слоя при температуре свыше 40000С;

- режим №2, ~10-310-1 нм/имп.

Термохимический режим наноабляции, заключающийся в окислении поверхностного слоя, графитизованного в результате теплового лазерного поверхностного слоя превышает по- нок толщиной 1 и 2 мкм от плотности энергии рог графитизации, но не достигает при облучении лазерными импульсами фс Режим наноабляции, предположительно фотохимический, обусловленный фотоиндуцированным ослаблением межатомных связей на поверхности пленки и последующим окислением слабосвязанных атомов (кластеров) углерода.

Для режимов №2 и №3 введен термин «наноабляция» - режим реактивного травления алмазных материалов с ультрамалыми скоростями (менее 1нм/имп). Каждый из перечисленных режимов подробно рассматривается ниже в отдельных параграфах.

В четвертом параграфе рассмотрена физическая абляция ta-С пленок. Так, режим №1 отличается высокими скоростями травления, более 10 нм/имп. Глубина кратера, сформированного в результате лазерной абляции на поверхности пленки, растет линейно с увеличением числа импульсов. Скорость удаления материала рассчитывалась из зависимости глубины кратера от количества импульсов при постоянной плотности энергии. Воздействие лазерного излучения на АП пленки в этом диапазоне плотностей энергии достаточно хорошо изучено - процесс удаления материала состоит из двух этапов, включающих графитизацию облучаемой поверхности и испарение графитизованного слоя. Скорость абляции и толщина графитизованного слоя определяются параметрами лазерного излучения и свойствами пленки [6, 12].

В пятом параграфе изучается термохимический режим наноабляции ta-C пленок. При рассмотрении режима №2 абляции ta-C пленок было обнаружено, что средняя скорость удаления материала на 3 порядка ниже, чем в диапазоне плотностей энергии режима №1, и составляет примерно 0,01 нм/импульс. Можно предположить, что в этом режиме доминирует окислительный механизм абляции графитизованного слоя, кото- Рис. 3. Зависимость глубины кратера/высоты рый ранее наблюдался при лазерном травлении пленок аморфного гидроимпульсов при облучении в вакууме (Р = 10 Торр) генизированного углерода (а-С:Н) [6, 7], однако для ta-C пленок обнаружен и на воздухе с плотностью энергии 0.4 Дж/см.

впервые. С целью проверки нашего предположения был проведен эксперимент в вакуумной камере (Р=10 Торр). Как показано на рис. 3, в условиях форвакуума не происходит никаких изменений с графитизованным в первом импульсе слоем в течение импульсов с плотностью энергии 0,4 Дж/см2, в то время как при облучении в воздушной атмосфере образуется кратер глубиной 300 нм. Таким образом, можно утверждать, что причиной абляции в указанном диапазоне плотностей энергии режима №2 является процесс окисления графитизованного поверхностного слоя. При внимательном рассмотрении рис. 3 можно заметить, что при травлении на воздухе в течение первых 10000 импульсов высота графитизованного в первом импульсе слоя не меняется. Т.е.

имеется некий инкубационный период, после которого начинается травление пленки. Такое инкубационное явление наблюдается впервые, и для его объяснения поверхность пленки до лазерного облучения и после была исследована с помощью КР спектроскопии.

На рис. 4 представлены КР спектры после лазерного облучения с плотностью энергии 0.33 Дж/см2 и различным числом импульсов. Спектры пленки после облучения демонстрируют наличие D (~1350см-1) и G (~1590см-1) полос, которые свидетельствуют наличие нанокристаллического графита. В данном исследовании использовалось разложение Брейта-Вигнера-Фано (БВФ) для G полосы и Лоренцово для D полосы. D структуры графита и становится раз- лучения эксимерным лазером с плотностью решенной в случае появления дефек- энергии 0.33 Дж/см и различным числом имтов. Однако для ее наблюдения требует- пульсов (от 1 до 105).

ся наличие sp2 фазы. Обычно в ta-C пленках с высоким содержанием sp3 связанного углерода соотношение интенсивностей I(D)/I(G) близко к 0. В нашем случае оно составило значение 0.19, что подтверждает их высокое качество. Как видно из рис. 4 после 1 лазерного импульса с плотностью энергии 0.33 Дж/см2 спектр незначительно изменился по сравнению с исходным. Более четкое разделение спектра пленки на 2 полосы D и G происходит после 3000 импульсов, а к 10000 импульсов формируются заметные отдельные полосы. Также можно заметить, что при увеличении числа импульсов до 10000 ширина на полувысоте полос D и G уменьшается, и положение пика G полосы смещается в сторону бльших частот, а при дальнейшем облучении значения не меняются. Аналогичные изменения спектров наблюдались при термическом нагреве ta-C пленок в работе Tay et al.

[23] и связываются с графитизацией пленок.

На рис. 5а представлена зависимость отношения интенсивностей полос D и G от числа импульсов при лазерном облучении с плотностями энергии 0.33 и 0.45 Дж/см2. Из рисунка следует, что отношение интенсивностей I(D)/I(G) растет с увеличением числа импульсов от начального значения ~ 0.2 и выходит на насыщение при 10000 импульсов, достигая значения ~ 0.9. Из отношения интенсивностей D и G полос можно определить характерный размер кристаллита. Формула, распространяющаяся на пленки аморфного углерода с размерами кристаллитов менее 2 нм, приведена в статье Ferrari [24]: La2·C'() = I(D)/I(G), где C(=514 nm) 0.55 nm-2.

Вычислив размер углеродных кластеров, получим, как он меняется при облучении в зависимости от числа импульсов (рис. 5б).

Из зависимости, приведенной на рис. 5б, следует, что до лазерного облучения размер углеродных кластеров в используемой пленке составлял значение ~ 0.6 нм, затем при облучении он стал расти и достиг максимального значения ~ 1.3 нм после 10000 импульсов. При дальнейшем увеличении числа импульсов размер кластеров не изменялся. Суммируя результаты анализа КРспектров для режима абляции № (рис. 4, 5) приходим к заключению, что при плотностях энергии 0.33 и 0.45 Дж/см2 во время первых импульсов происходит графитизация поверхности ta-c пленки в пятне облучения. При этом размер sp2 кластеРис. 5. Зависимость отношения интенсивноров увеличивается от 0.6 до 1.3 нм.

Возвращаясь к зависимостям высоты стей D и G полос (а) и размера углеродных клаграфитизованной области/глубины кра- стеров La (б) от числа импульсов при облучении тера от числа импульсов (рис. 4), можно с плотностями энергии 0.33 и 0.45 Дж/см2.

сделать вывод, что в течение инкубационного периода (первые 10000 имп., когда не меняется высота графитизованной области при лазерном облучении) вся поглощенная энергия тратится на графитизацию пленки (увеличение размера sp2 кластеров), и окисление не происходит совсем либо оно не заметно на фоне расширения материала. Как только весь слой полностью графитизуется (размер sp кластеров достигнет 1.3 нм), то наличие окисления становится заметным.

В шестом параграфе исследуется режим наноабляции ta-C пленок. При рассмотрении режима абляции № 3 пленок следует обратить внимание на то, что он наблюдался только в случае облучения импульсами наносекундной длительности, при фемтосекундном воздействии никаких изменений поверхности пленок замечено не было. При плотностях энергии ниже порога графитизации E Eгр = 0,16 Дж/см2 после воздействия 105 импульсов наблюдалось образование кратера глубиной не более нм в пятне облучения. Особенностью этого процесса является сверхнизкая скорость абляции поверхности (10-3 нм/импульс) в отсутствии «видимой» графитизации поверхности ta-C пленки (не происходит вспухания поверхности). Ранее при лазерном облучении монокристалла алмаза был обнаружен аналогичный режим безграфитизационного травления с характерной скоростью менее 10-3 нм/импульс. который описывается фотохимическим механизмом удаления материала [5]. Этот же механизм удаления представляется наиболее вероятным и в случае лазерного облучения ta-C пленок при указанных выше плотностях энергии: лазерноиндуцированное фотовозбуждение электронной системы ослабляет межатомные связи в решетке и тем самым приводит к возрастанию скорости окисления поверхности в зоне лазерного облучения.

Оценим температуру нагрева пленки при лазерном воздействии, исходя из порогового значения абляции. Порог абляции составляет 0.8 Дж/см2 и соответствует температуре испарения графита 4000оС. Наноабляция ta-C пленок происходит в диапазоне плотностей энергии 0.050.1 Дж/см2. Если считать, что температура прямо пропорциональна плотности энергии, то получим интервал температур 250500оС. Однако нужно иметь ввиду, что коэффициент поглощения для поликристаллического графита примерно равен 2·105 см-1 [25], а для ta-C пленок ~5·104 см-1 [20] на длине волны =248 нм. Т.е. значения поглощения отличаются в 4 раза, поэтому полученные температуры нагрева в режиме наноабляции нужно разделить на 4, и получим диапазон от 60 до 130оС. Таких температур недостаточно для инициирования термического процесса окисления пленок, т.к. порог окисления таких пленок выше 400оС [23].

Отсутствие процесса графитизации в режиме наноабляции ta-C пленок в свою очередь подтверждается спектрами КР. Незначительные изменения в спектре на частоте, соответствующей D полосе, наблюдаются при максимальной плотности энергии режима абляции №3. Тем не менее, разделения спектра на D и G полосы не происходит даже после импульсов, т.е. графитизация пленок не происходит. Таким образом, можно сделать вывод, что в режиме №3 лазерно-индуцированное окисление ta-C пленок происходит без их графитизации.

Четвертая глава посвящена экспериментальным результатам по лазерной абляции УНКА пленок.

В первом параграфе обсуждаются пороги и скорости абляции УНКА пленок при облучении эксимерным лазером с различной длиной волны. Зависимость скорости абляции обычных УНКА пленок и легированных азотом от плотности энергии представлены на рис. 6. Скорость абляции для легированных (N2=30%) пленок оказалась выше, чем для нелегированных, во всем диапазоне плотностей энергии, что объясняется их меньшим коэффициентом теплопроводности (k=0.06 и 0.12 Вт/смК [26]) и бльшим коэффициентом оптического поглощения. Значение оптического поглощения Рис.6. Зависимость скорости абляции 30%N для нелегированной азотом пленки на длине волны 248 нм составляет 1. см-1 согласно статье Власова и др. [27], но для легированной пленки значения длиной волны (248 и 193 нм).

на этой длине волны нет, его можно получить лишь экстраполяцией имеющихся данных в видимой области - 105 см-1. Проведенные эксперименты по лазерному облучению УНКА пленок показали, что, и как в случае с ta-C пленками, существует пороговые значения плотности энергии, при переходе через которые скорости травления отличаются более чем на порядок, что свидетельствует об изменении механизма абляции. Так же как и при абляции ta-C пленок, скорости травления УНКА пленки выше 10нм/имп. соответствуют испарительному механизму (режим №1), а ниже 0.5нм/имп. – окислительному (режимы №2 и №3). Для того чтобы понять какое влияние оказывает лазерное воздействие на процесс абляции в режиме №3 УНКА пленок – «тепловое» или «фото», были проведены эксперименты на различных длинах волн эксимерного лазера (248 и 193 нм). Полученное экстраполяцией значение оптического поглощения для УНКА пленок (N2=30%) на длине волны 248 нм составляет 105 см-1. Даже если предположить, что на 193 нм поглощение пленок увеличивается до значения 106 см-1, совпадающего с поглощением графитовой фазы, то получим разницу в один порядок между поглощениями. Скорости наноабляции в режиме №3 на длинах волн 248 и 193 нм отличаются почти на два порядка. Поэтому выдвинуто предположение, что причиной лазерной наноабляции (режим №3) УНКА пленок являются фотостимулированные процессы на поверхности, вызывающие ее окисление.

Во втором параграфе с помощью КР-спектроскопии исследуется структура УНКА пленок после воздействия на них лазерного излучения. На рис. 7 представлены КР-спектры безазотной УНКА пленки до и после лазерного облучения на длине волны 248 нм. В спектре нелегированной азотом УНКА пленки выделяются следующие линии. Алмазный пик 1335,7 см-1 из-за сжимающих напряжений сдвинут в сторону высоких частот (по сравнению с исходным положением 1332,5 см-1). Линии 1360 см-1 (Dпик) и 1580 см-1 (G-пик) отражают колебания sp2 C-C связи в разупорядоченном графите. Пики 1140 см-1 и 1480 см-1 при- нято считать доказательством наличия наноалмазной фазы. Они обусловлены фрагментами цепочек транс-полиацетилена на границах между алмазными зернами [28]. На спектре исходной пленки интенсивность пика на частоте 1480 см-1 гораздо больше интенсивности G-пика, поэтому последний не заметен. После одного импульса с плотностью энергии 3.8 Дж/см2 интенсивности D и G полос увеличиваются относительно интенсивности алмазного пика. Это после лазерного облучения.

объясняется графитизацией «алмазной» фазы пленки уже после первого импульса, если плотность энергии превышает определенное значение порога. Тем не менее после 106 лазерных импульсов с плотностью энергии 0.6 Дж/см2 интенсивности D и G полос не увеличиваются, т.е. не происходит графитизации УНКА пленки.

Таким образом, режим абляции № сопровождается графитизацией, а реРис. 8. КР спектры УНКА пленки (30% N2) до и жим №3 проходит без графитизации, после лазерного облучения с плотностью энерчто в точности совпадает с аналогичными режимами абляции для ta-C гии 0.6 Дж/см.

пленок. Что касается КР-спектра исходной УНКА пленки, легированной азотом (30% N2), представленной на рис. 8, то на нем не видно алмазной линии из-за бльшего количества sp2 фазы, которая поглощается на длине волны возбуждения = 514 нм эффективнее, чем алмазная, поэтому определить значения порога графитизации «алмазной» фазы по изменению отношения интенсивностей D и G полос к алмазной линии нельзя. На рис. 8 также приведены спектры УНКА пленки (30% N2) после облучения различным числом импульсов с плотностью энергии соответствующей режиму абляции №2. Из рис.8 следует, что угол наклона спектров, связанный с люминесценцией, уменьшается с увеличением числа импульсов. Согласно работе Bergman et al. [29], широкополосная люминесценция в алмазах, полученных методом газофазного осаждения, вызвана наличием аморфной sp2 фазы. Таким образом, полученные данные свидетельствует о постепенном удалении аморфной sp2 фазы при лазерном воздействии в режиме абляции №2.

В третьем параграфе рассматриваются особенности термохимического режима абляции УНКА пленок, легированных азотом. Одной из особенностей режима №2 абляции УНКА пленок, легированных азотом, является изменение скорости абляции в процессе облучения при фиксированной плотности энергии, что отме- Рис. 9. Зависимость глубины кратера УНКА чено на рис. 6 большими значениями пленок, легированных азотом (30% N2) и нелегиразброса. На рис. 9 приведены рованных, от числа импульсов при различных зависимости глубины кратера УНКА плотностях энергии.

пленок, легированных азотом (30% N2) и нелегированных, от числа импульсов при различных значениях плотностей энергии ( = 248 нм). Для нелегированной пленки зависимость линейна, а для легированной азотом – нет, с увеличением числа импульсов скорость абляции падает.

В этом случае рассчитывалась максимальная и минимальная скорость удаления материала соответственно в начале и конце процесса облучения. Эти скорости составили 0,47 нм/имп. и 0,04 нм/имп. для 0,4 Дж/см2 и 0,57 нм/имп. и 0,11 нм/имп. для 0,6 Дж/см2. Влиянием подложки на скорость абляции можно пренебречь, т.к. толщина пленки составляет 2 мкм, а уменьшение скорости наблюдается уже на глубине 500 нм.

Падение скорости травления материала образца связано предположительно с модификацией пленки при лазерном воздействии. Результаты КР-спектроскопии, приведенные выше, показали, что при облучении эксимерным лазером с плотностью энергии 0,6 Дж/см2 происходит удаление аморфной sp2 фазы с ростом числа импульсов. Высокое значение коэффициента поглощения УНКА пленок (30% N2) связано именно со значительным количеством sp2 фазы, поэтому ее постепенное удаление должно приводить к уменьшению поглощения. Как следствие, происходит уменьшение температуры лазерноиндуцированного нагрева пленки, что вызывает падение скорости окисления пленки в режиме №2 абляции.

Вторая особенность травления УНКА пленок была выявлена при лазерном облучении совместно с термическим нагревом. Известно, что скорость окисления существенно зависит от состояния поверхности. Поэтому состоя- Рис. 10. Скорость абляции УНКА пленки (30% ние атомов углерода на поверхности N2) в зависимости от температуры внешнего должно оказывать влияние на скорость абляции. В результате лазерного облунагреву пленки, сплошная – охлаждению.

чения и нагрева образовывался кратер на поверхности УНКА пленки. На рис. 10 приведена зависимость скорости травления пленки от температуры внешнего нагрева. Сначала пленка нагревалась до температуры 500оС (пунктирная кривая 1), затем охлаждалась (сплошная кривая 2). Известно, что скорость реакции зависит экспоненциально от температуры (уравнение Аррениуса). Однако при увеличении температуры от 100 до 300оС, скорость абляции не возрастает. Такая зависимость скорости травления пленки от температуры объясняется влиянием температуры нагрева на состояние поверхности. Два ключевых процесса активируются в указанном диапазоне температур: физическая адсорбция/десорбция воды и диффузия водорода из объема пленки на поверхность.

Согласно работе Хомича А.В. и др. [30], в которой изучались ИК спектры УНКА пленок после температурных отжигов, изначально на поверхности пленки имеется большое количество гидроксильных, гидридных и карбонильных групп, которые ограничивают доступ кислорода к поверхности пленки. В нашем случае во время каждого лазерного импульса происходит окисление пленки, т.е. удаление атомов углерода с поверхности в виде СО2, что приводит к образованию оборванных связей, на которые адсорбируются помимо кислорода вода.

Известно, что вода при наличии рядом оборванных углеродных связей может диссоциировать [31]. При нагреве от комнатной температуры до 100оС вероятность десорбции ранее адсорбированных молекул повышается, что освобождает доступ кислорода к поверхностным атомам углерода и приводит к увеличению скорости окисления. Дальнейший нагрев от до 200оС должен вызывать еще большее увеличение скорости окисления, однако при температуре 200оС возникает конкурирующий процесс диффузии связанного водорода из объема на поверхность, который ограничивает скорость окисления. Известно, что УНКА пленки содержат значительное количество водорода (10–15 ат.%), который располагается на границе между кристаллитами [32]. В той же работе Хомича А.В. и др. [30] нагрев до температур свыше 300оС вызывал полное удаление связанного водорода из пленки, что отражается на кривой 1, рис.10 в виде резкого увеличения скорости окисления. Значения скорости травления на кривой охлаждения от 500 до 100оС (кривая 2, рис.10) больше, чем на кривой 1 при одних и тех же значениях температуры, что также свидетельствует об уходе водорода из объема пленки. Более того, точки на кривой 2 подчиняются аррениусовой зависимости, что также говорит о том, что после термического нагрева до 500оС произошла очистка образца, и скорость травления стала зависеть только от температуры.

В пятой главе проводится сравнительный анализ скоростей лазерной абляции различных алмазных материалов. На рис. 11 выделены 3 диапазона скоростей травления алмазных материалов, соответствующие различным механизмам абляции: физическому, термохи- Рис. 11. Скорость абляции различных алмазных мическому и фотохимическому. Отмематериалов в зависимости от плотности энертим, что для различных материалов погии эксимерного лазера. Значения скорости роги режимов абляции сдвигаются по величине плотности энергии в зависимо- наноабляции алмаза приведены для сравнения.

сти от их оптического поглощения и Образец, см-1, =248 нм k, Вт/смК пороги абляции режимов №1 и №2 для УНКА (30%N2) ~10 [26] 0.06 [26] сторону больших значений по сравне- ta-C пленка ~5·104 [20] 0.027 [21] нию с легированными азотом, т.к. значение поглощения для первых меньше Алмаз, IIa тип ~3 [33] 2024 [33] на порядок, а теплопроводность боль- Таблица 1. Значения оптического поглощения и ше в 2 раза. В то же время ta-C и леги- теплопроводности углеродных материалов.

рованные азотом УНКА пленки показывают примерно одинаковые зависимости при близких оптических и теплофизических свойствах.

Проведена оценка максимально возможной скорости окисления пленки за 1 импульс в термохимическом режиме №2 наноабляции, считая, что отрыв атома углерода с поверхности в виде CO/СО2 может произойти только в течение лазерного импульса и времени остывания поверхности. Полученное оценочное значение, составляющее 2 монослоя поверхности, совпадает по порядку величины с максимальным экспериментальным значением, равным 0.5 нм/имп.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в зависимости от условий импульсно-периодического воздействия эксимерного лазера реализуется 3 различных режима абляции ультрананокристаллических алмазных (УНКА) и сверхтвердых алмазоподобных (ta-C) пленок, в которых проявляется физическое и химическое воздействие наносекундного УФ излучения.

Показано, что особенностью испарительного режима (Режим 1) этих пленок является необходимость термического инициирования лазерным импульсом фазового перехода алмаз-графит и последующего испарения графитизированного слоя, сильнопоглощающего излучение. При этом реализуются скорости абляции 10 нм/имп.

Обнаружено, что при интенсивностях излучения ниже порога испарения графитизированного материала в окислительной среде (воздухе) абляция алмазоподобных пленок имеет физико-химическую природу и происходит при сверхнизких скоростях (вплоть до долей нм за импульс). Предложено два механизма такой наноабляции алмазных материалов, соответствующие различным интенсивностям излучения и диапазонам скоростей травления:

- термохимический (Режим 2), заключающийся в формировании на поверхности графитизированного слоя и его импульсном лазерном окислении (0.010.5 нм/импульс);

- фотохимический (Режим 3), обусловленный фотоиндуцированным ослаблением межатомных связей на поверхности алмазных пленок и последующим окислением слабосвязанных атомов (кластеров) углерода со скоростью всего 10-410-3 нм/имп.

2. Установлено влияние степени легирования азотом УНКА пленок на пороги и скорости наноабляции.

Для легированной (30% N2) пленки пороги абляции во всех режимах оказались ниже, а скорость абляции на порядок выше во всем диапазоне плотностей энергии, чем для нелегированной, что объясняется различием в коэффициентах оптического поглощения пленок и теплопроводности.

Обнаружены следующие особенности протекания термохимического режима абляции легированных азотом (30% N2) пленок:

- пороговый кумулятивный эффект - скорость травления таких пленок уменьшается с увеличением числа импульсов, в отличие от нелегированных, что может объясняться уменьшением коэффициента поглощения, связанным с постепенным лазерноиндуцированным удалением аморфной sp2 фазы;

- при лазерном облучении пленок с одновременным внешним термическим нагревом зависимость скорости их травления отклоняется от аррениусовой, что предположительно связано с изменением функционального состояния поверхности.

3. Для ta-C пленок установлена зависимость размеров нанокристаллитов и степени кристаллизации структуры пленок от плотности энергии и числа импульсов. Обнаружено, что при термохимической наноабляции ta-C пленок в течение начальных импульсов облучения не происходит изменений высоты графитизованной в первом импульсе области, при этом вся поглощенная энергия тратится на увеличение размера sp2 кластеров от 0.6 до 1.3 нм, и окисление не происходит совсем либо оно не заметно на фоне расширения материала.

Цитируемая литература:

1 Y. Lifshitz, Diamond-like carbon - present status. Diam. Relat. Mater. 1999. 8(8-9), 1659-1676.

2 H. Schulz, H.J. Scheibe, P. Siemroth, B. Schultrich, Pulsed arc deposition of super-hard amorphous carbon films. Appl. Phys. A: Mat. Science & Proc. 2004. 78(5), 675-679.

3 P. Pekko, Tetrahedral amorphous carbon deposited with the pulsed plasma arc-discharge method as a protective coating against solid impingement erosion. Diam. Relat. Mater. 2000. 9(8), 1524-1528.

4 В.В. Кононенко, Т.В. Кононенко, С.М. Пименов, М.Н. Синявский, В.И. Конов, Ф.

Даусингер, Влияние длительности импульса на графитизацию алмаза в процессе лазерной абляции. Квантовая электроника, 2005. 35(3), 252-256.

5 В.В. Кононенко, М.С. Комленок, С.М. Пименов, В.И. Конов, Фотоиндуцированное лазерное травление алмазной поверхности. Квантовая электроника, 2007. 37(11), 1043-1046.

6 В.И. Конов, Т.В. Кононенко, С.М. Пименов, А.А.Смолин, Н.И. Чаплиев, Импульснопериодическое лазерное травление алмазоподобных покрытий. Квантовая электроника, 1991. 21(10), 1112.

7 V.Y. Armeyev, N.I. Chapliev, E.N. Loubnin, V.I. Mikhailov, V.G. Ralchenko, V.E.

Strelnitsky, Ar+ laser annealing and etching of hydrogenated amorphous carbon films. Surf.

Coat. Tech, 1991. 47(1-3), 279-286.

8 D.M. Gruen, Nanocrystalline diamond films. Ann. Rev. Mater. Science, 1999. 29, 211-259.

9 D. Zhou, D.M. Gruen, L.C. Qin, T.G. McCauley, A.R. Krauss, Control of diamond film microstructure by Ar additions to CH4/H2 microwave plasmas. J. Appl. Phys, 1998. 84(4), 1981-1989.

10 V.I. Konov, A.A. Smolin, V.G. Ralchenko, S.M. Pimenov, E.D. Obraztsova, E.N.

Loubnin, S.M. Metev, G. Sepold, D.c. arc plasma deposition of smooth nanocrystalline diamond films. Diam. Relat. Mater, 1995. 4(8), 1073-1078.

11 H.J. Scheibe, P. Siemroth, W. Pompe, B. Schoeneich, Laser-arc: A new method for preparation of diamond-like carbon films. Surf. Coat. Tech, 1991. 47(1–3), 455-464.

12 M. Rothschild, C. Arnone, D.J. Ehrlich, Excimer-laser etching of diamond and hard carbon films by direct writing and optical projection. J. Vac. Sci. Tech. B, 1986. 4(1), 310-314.

13 T.V. Kononenko, V.G. Ralchenko, E.D. Obraztsova, V.I. Konov, J. Seth, S.V. Babu, E.N.

Loubnin, Excimer laser etching of diamond-like carbon films: spalling effect. Appl. Surf. Sci, 1995. 86(1–4), 234-238.

14 T. Roch, A. Lasagni, E. Beyer, Nanosecond UV laser graphitization and delamination of thin tetrahedral amorphous carbon films with different sp3/sp2 content. Thin Solid Films, 2011. 519(11), 3756-3761.

15 T. Roch, V. Weihnacht, H.-J. Scheibe, A. Roch, A.F. Lasagni, Direct Laser Interference Patterning of tetrahedral amorphous carbon films for tribological applications. Diam. Relat.

Mater, 2013. 33(0), 20-26.

16 B.-R. Huang, S. Jou, Y.-M. Wu, K.-H. Chen, L.-C. Chen, Effect of XeF laser treatment on structure of nanocrystalline diamond films. Diam. Relat. Mater, 2010. 19(5-6), 445-448.

17 J. Preclikova, A. Kromka, B. Rezek, P. Maly, Laser-induced refractive index changes in nanocrystalline diamond membranes. Opt. Lett., 2010. 35(4), 577-579.

18 J. Preclikova, F. Trojanek, B. Dzurnak, P. Maly, A. Kromka, B. Rezek, Light-assisted adsorption processes in nanocrystalline diamond membranes studied by femtosecond laser spectroscopy. Diam. Relat. Mater, 2010. 19(7-9), 918-922.

19 T.V. Kononenko, S.M. Pimenov, V.V. Kononenko, E.V. Zavedeev, V.I. Konov, G.

Dumitru, V. Romano, Laser-induced spallation in diamond-like carbon films. Appl. Phys. A:

Mat. Science & Proc, 2004. 79(3), 543-549.

20 K.B.K. Teo, A.C. Ferrari, G. Fanchini, S.E. Rodil, J. Yuan, J.T.H. Tsai, E. Laurenti, A.

Tagliaferro, J. Robertson, W.I. Milne, Highest optical gap tetrahedral amorphous carbon.

Diam. Relat. Mater, 2002. 11(3-6), 1086-1090.

21 M. Shamsa, W.L. Liu, A.A. Balandin, C. Casiraghi, W.I. Milne, A.C. Ferrari, Thermal conductivity of diamond-like carbon films. Appl. Phys. Lett., 2006. 89(16), 161921.

22 S. Anders, J. Dнaz, J. Ager, R. Yu Lo, D. Bogy, Thermal stability of amorphous hard carbon films produced by cathodic arc deposition. Appl. Phys. Lett., 1997. 71(23), 3367.

23 B.K. Tay, X. Shi, E.J. Liu, H.S. Tan, L.K. Cheah, W.I. Milne, Heat treatment of tetrahedral amorphous carbon films grown by filtered cathodic vacuum-arc technique. Diam.

Relat. Mater, 1999. 8(7), 1328-1332.

24 A.C. Ferrari, J. Robertson, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Phys. Rev. B, 2000. 61(20), 14095-14107.

25 N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, Pulsed laser ablation of solids: transition from normal vaporization to phase explosion. Appl. Phys. A: Mat. Science & Proc, 2001. 73(2), 199-208.

26 V. Ralchenko, S. Pimenov, V. Konov, A. Khomich, A. Saveliev, A. Popovich, I. Vlasov, E.

Zavedeev, A. Bozhko, E. Loubnin, R. Khmelnitskii, Nitrogenated nanocrystalline diamond films: Thermal and optical properties. Diam. Relat. Mater, 2007. 16(12), 2067-2073.

27 I.I. Vlasov, E. Goovaerts, V.G. Ralchenko, V.I. Konov, A.V. Khomich, M.V. Kanzyuba, Vibrational properties of nitrogen-doped ultrananocrystalline diamond films grown by microwave plasma CVD. Diam. Relat. Mater, 2007. 16(12), 2074-2077.

28 R. Pfeiffer, H. Kuzmany, N. Salk, B. Gunther, Evidence for trans-polyacetylene in nanocrystalline diamond films from H-D isotropic substitution experiments. Appl. Phys. Lett, 2003. 82(23), 4149L. Bergman, M.T. McClure, J.T. Glass, R.J. Nemanich, The origin of the broadband luminescence and the effect of nitrogen doping on the optical properties of diamond films. J. Appl. Phys, 1994. 76(5), 3020-3027.

30 А.В. Хомич, М.В. Канзюба, И.И. Власов, В.Г. Ральченко, Н.И. Горбачук, Оптическая спектроскопия поверхности нанопористых алмазных пленок. Журнал прикладной спектроскопии, 2011. 78(4), 601-609.

31 A. Laikhtman, A. Lafosse, Y. Le Coat, R. Azria, A. Hoffman, Interaction of water vapor with bare and hydrogenated diamond film surfaces. Surf. Science, 2004. 551(1–2), 99-105.

32 D. Ballutaud, F. Jomard, T. Kociniewski, E. Rzepka, H. Girard, S. Saada, Sp3/sp character of the carbon and hydrogen configuration in micro- and nanocrystalline diamond.

Diam. Relat. Mater. 17(4-5), 451-456.

33 C.D. Clark, R.W. Ditchburn, H.B. Dyer, The Absorption Spectra of Natural and Irradiated Diamonds. Proc. Roy. Soc. (London), 1956. 234(1198), 363-381.

Основные результаты диссертации опубликованы в статьях:

1. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, V.G. Ralchenko, S.M. Pimenov, V.I. Konov, Laser Induced Nanoablation of Diamond Materials, Physics Procedia 12 (2011) 37– 2. М.С. Комленок, А.А. Хомич, Высокотемпературное окисление ультрананокристаллических алмазных пленок, Научные ведомости БелГУ, Серия: Математика. Физика. 2011. №11(106). Вып. 23, 118- 3. M.S. Komlenok, V.V. Kononenko, I.I. Vlasov, V.G. Ralchenko, N.R. Arutyunyan, E.D.

Obraztsova, V.I. Konov, Laser "Nano"ablation of Ultrananocrystalline Diamond Films, J.

Nanoelectron. Optoelectron. 4, 286-289 (2009) 4. М.С. Комленок, С.М. Пименов, В.В. Кононенко, В.И. Конов, Х.-Й. Шайбе, Лазерное микроструктурирование поверхности сверхтвердых аморфных углеродных пленок, Нано- и микросистемная техника, 2008, 3, 48-53.

5. В.В. Кононенко, М.С. Комленок, С.М. Пименов, В.И. Конов, Фотоиндуцированное лазерное травление алмазной поверхности, Квантовая электроника, 2007, 37, 11, 1043- 6. V.V. Kononenko, M.S. Komlenok, V.I. Konov, S.M. Pimenov, Nanosecond UV laserinduced nanoablation of diamond surface, Proc. of the society of photo-optical instrumentation engineers (SPIE) Vol. 6606, 66060F1-4 (2007)

 
Похожие работы:

«Чан Суан Чыонг ДИССИПАТИВНЫЕ СВЕТОВОДНЫЕ БРЭГГОВСКИЕ СОЛИТОНЫ Специальность 01.04.05 – оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург – 2007 Работа выполнена на кафедре Фотоники и оптоинформатики факультета Фотоники и оптоинформатики Санкт-Петербургского государственного университета...»

«МАРТИРОСЯН ЮЛИЯ МИХАЙЛОВНА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЧАСТИЦ В РЕАКЦИЯХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ НУКЛОНОВ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЭНЕРГИЙ Специальность 01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Обнинск – 2007 Работа выполнена в Обнинском государственном техническом университете атомной энергетики. Научный руководитель : кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник,...»

«ЛЕВШОВ Дмитрий Игоревич СТРУКТУРА И ДИНАМИКА РЕШЕТКИ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ОДНОМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСИСТЕМ Специальность: 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону 2014 Работа выполнена на кафедре нанотехнологии Южного федерального университета, Ростов-на-Дону доктор физико-математических наук, доцент Научный руководитель : Юзюк Юрий Иванович доктор физико-математических...»

«Соколов Владимир Андреевич ПОСТМАКСВЕЛЛОВСКИЕ ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ ВАКУУМА И ГРАВИТАЦИИ Специальность 01.04.02 – теоретическая физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2010 Работа выполнена на кафедре квантовой теории и физики высоких энергий физического факультета Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор В.И....»

«САВОН Александр Евгеньевич ОПТИЧЕСКИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА МОЛИБДАТОВ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ СИНХРОТРОННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ В ОБЛАСТИ ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ Специальность 01.04.05 – Оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва, 2012 год Работа выполнена на кафедре Оптики и спектроскопии Физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель : доктор...»

«Харьков Антон Михайлович ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ СУЛЬФИДОВ МАРГАНЦА С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ RexMn1-xS (Re = Sm, Yb) 01.04.07 – физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Барнаул – 2014 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор...»

«Чулков Дмитрий Петрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОМЕТРОВ И БИОСЕНСОРНЫХ АНАЛИТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА ПРИНЦИПЕ ОПТИЧЕСКОГО КРУГОВОГО ДИХРОИЗМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ НАНОКОНСТРУКЦИЙ ДНК Специальность: 01.04.05 - Оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт спектроскопии Российской академии наук (ИСАН) Научный...»

«АРСЛАНОВ Темирлан Расулович КИНЕТИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА РАЗБАВЛЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Cd1-xMnxGeAs2 и Cd1-xMnxGeP2 ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ ДО 7 ГПа 01.04.07. - физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Махачкала - 2011 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики им. Х.И. Амирханова Дагестанского научного центра Российской академии наук член-корреспондент...»

«Катанин Андрей Александрович Флуктуационные эффекты в низкоразмерных локализованных и зонных магнетиках Специальность 01.04.09 – физика низких температур АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Екатеринбург 2011 Работа выполнена в отделе теоретической физики Института Физики Металлов УрО РАН (г. Екатеринбург) Официальные оппоненты : Доктор физико-математических наук, профессор, С. В. Малеев Доктор...»

«УДК 534.2 Ширгина Наталья Витальевна ДИАГНОСТИКА УПРУГИХ СВОЙСТВ ГРАНУЛИРОВАННЫХ НЕКОНСОЛИДИРОВАННЫХ СРЕД МЕТОДАМИ НЕЛИНЕЙНОЙ АКУСТИКИ Специальность: 01.04.06 – акустика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва - 2013 Работа выполнена на кафедре акустики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Коробов...»

«Рудковский Антон Сергеевич МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ С 3D ФОТОННЫМ КРИСТАЛЛОМ ТИПА WOODPILE МЕТОДОМ ИНВАРИАНТНОГО ПОГРУЖЕНИЯ 01.04.03 — Радиофизика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук МОСКВА — 2013 Работа в ыполнена на кафедре Прикладная математика ФГБОУ ВПО Московский государственный технический университет гражданской авиации (МГТУ ГА). доктор технических наук, профессор Научный руководитель :...»

«Гребенюков Вячеслав Владимирович ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СИНТЕЗ ОДНОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В ПРИСУТСТВИИ АЗОТА И БОРА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ 01.04.07 – Физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук Москва 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук Научный руководитель : кандидат...»

«Налимова Светлана Сергеевна АНАЛИЗ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ НАНОСТРУКТУР С ВАРЬИРУЕМЫМ ТИПОМ И КОНЦЕНТРАЦИЕЙ АДСОРБЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ Специальность 01.04.10 – физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург - 2013 Работа выполнена на кафедре микро- и наноэлектроники СанктПетербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) Научный руководитель – доктор...»

«Долбак Андрей Евгеньевич ДИФФУЗИЯ АТОМОВ Ge И МЕТАЛЛОВ, АДСОРБИРОВАННЫХ НА ПОВЕРХНОСТЬ КРЕМНИЯ Специальность 01.04.07 (Физика конденсированного состояния) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Новосибирск - 2010 Работа выполнена в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Ольшанецкий Борис Зейликович. Официальные оппоненты : доктор...»

«Стысин Алексей Владимирович РЕЗОНАНСНОЕ КОГЕРЕНТНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ РЕЛЯТИВИСТСКИХ МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЧЕРЕЗ ОРИЕНТИРОВАННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ВНЕ УСЛОВИЙ КАНАЛИРОВАНИЯ 01.04.16 физика атомного ядра и элементарных частиц Автореферат диссертации на соискание учной степени е кандидата физико-математических наук Москва ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА...»

«Елфимов Сергей Викторович Многоканальная теория квантового дефекта для полярных молекул 01.04.05 – Оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Воронеж – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежский государственный университет. Научный руководитель : кандидат физико-математических наук, Дорофеев Дмитрий Львович Официальные оппоненты...»

«САВЕЛЬЕВ – ТРОФИМОВ Андрей Борисович УПРАВЛЕНИЕ СВОЙСТВАМИ ПЛОТНОЙ ПЛАЗМЫ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА И ИНИЦИИРОВАНИЕ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЯДЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ Специальность: 01.04.21 – лазерная физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва, 2003 Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия. Официальные оппоненты : доктор физико-математических...»

«Мутигуллин Илья Васылович ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМОВ УГЛЕРОДА НА ПОВЕРХНОСТИ И В ОБЪЕМЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ ЖЕЛЕЗА, НИКЕЛЯ И СПЛАВОВ НА ИХ ОСНОВЕ Специальность: 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2010 Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. доктор физико-математических...»

«СУСЬЯН Александр Александрович ОПТИЧЕСКИЕ СИГНАЛ-ГЕНЕРАТОРЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В РЕФЛЕКТОМЕТРИИ Специальность 01.04.05 – Оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Научный руководитель : Доктор...»

«ЦЮК Александр Игоревич ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛЕНОК НИТРИДА ГАЛЛИЯ, ВЫРАЩЕННЫХ МЕТОДОМ ХЛОРИДГИДРИДНОЙ ГАЗОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ 01.04.10 Физика полупроводников Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт– Петербургский государственный политехнический университет Научный руководитель : доктор...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.